(57)【要約】【課題】新たな熱処理プロセスの追加や熱処理条件の変更を行うことなく、エピタキシャル欠陥の発生を低減する。【解決手段】窒素がドープされたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの表面全体を４〜１５ｎｍエッチングした後、そのシリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層を成長させる。ドープされた窒素濃度は０．５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素がドープされたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの鏡面加工後からエピタキシャル工程前までの洗浄工程においてシリコンウェーハ表面全体をエッチングした後、前記シリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
シリコンウェーハ表面全体のエッチング量が４〜１５ｎｍである請求項１記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
エッチングが、ＨＦ溶液とＯ3水溶液の混合供給或いはＨＦ溶液とＯ3水の単独交互供給による洗浄液又はＳＣ１洗浄液により行われる請求項１又は２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
ドープされた窒素濃度が０．５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である請求項１ないし３いずれか１項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体用の高集積度デバイスに使用されるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関する。更に詳しくは、窒素ドープされたシリコン単結晶から得られたシリコンウェーハにエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高集積度デバイスの基板として用いられるシリコンウェーハは、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって育成されたシリコン単結晶から加工される。ＣＺ法は、内側の石英製容器と外側の黒鉛製容器とから構成される坩堝の内部に充填したシリコン多結晶をヒーターで加熱溶融した後、この融液の表面に種結晶を浸し、これを回転させつつ成長させ、上方に引き上げることによって単結晶を育成させる方法である。このＣＺ法で育成されたシリコンウェーハには、結晶育成中に過剰に導入された点欠陥（空孔）が凝集して生じる微小空洞欠陥が含まれている。この空洞欠陥は、研磨によってウェーハ表面に露出すると、微小なピットとなる。ウェーハ表面に露出されたピットは、レーザーパーティクルカウンターによって微小欠陥として検出され、結晶に起因したパーティクル（Crystal Originated Particle  以下、「ＣＯＰ」という）と呼ばれる。
【０００３】
このＣＯＰはデバイスの歩留まりを低下させることから、ウェーハのＣＯＰ密度（単位面積当たりのＣＯＰ個数）を低減させる必要がある。また、ウェーハ表面に露出していない微小空洞欠陥であっても、ウェーハ表面近傍のデバイス活性領域中に存在すれば、デバイスの特性を劣化させる。このため、高集積度デバイスとして用いられるシリコンウェーハウェーハでは、表面で検出されるＣＯＰだけでなく、ウェーハ表面近傍のデバイス活性領域に存在する微小空洞欠陥の密度も低減させる必要がある。
一方、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成時には、微小空洞欠陥が形成される温度領域（１１００℃前後）が存在することが認識されている。このため、ウェーハ中の形成される空洞欠陥を低減するため、この温度領域を徐冷する方法が行われている。しかし、この徐冷方法を採用すると、単位体積当たりの欠陥個数を減少させることができるが、個別の空洞欠陥のサイズが肥大化することになる。最近のように、デバイスの高集積化の進展に伴ってパターンサイズの微細化が促進されると、ＣＯＰや微小空洞欠陥のサイズが無視できなくなり、表面及びデバイス活性領域に、ＣＯＰや微小空洞欠陥が存在しないウェーハが要請されることになる。
【０００４】
このような要請から、最先端のデバイス用基板として、ＣＯＰや微小空洞欠陥が殆ど存在することがないエピタキシャル層をウェーハ上に成長させたエピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイスに多く用いられるようになっている。しかし、欠陥が少なく結晶の完全性が高いエピタキシャルウェーハを用いるとしても、その後のデバイス工程におけるエピタキシャル層の金属不純物による汚染によって、デバイス特性が悪化することになる。
このような金属系元素の不純物による汚染は、デバイスの集積が高密度化するほどプロセスも複雑になって、その機会が増加し影響も大きくなってくる。金属汚染の排除は、基本的にはプロセス環境及び使用材料のクリーン化にあるが、デバイスプロセスにおいて金属汚染を完全になくすことは困難であり、その対処手段としてゲッタリング技術の開発が重要になる。このゲッタリング技術は、汚染により侵入してきた不純物元素をデバイス活性領域外の場所（シンク）に捕獲し、デバイス活性領域で無害化する手段である。
【０００５】
ゲッタリング技術としては、デバイスプロセスの熱処理中に自然に誘起される酸素起因の酸素析出物を利用して不純物元素を捕獲する、イントリンシックゲッタリング（intrinsic gettering、以下、「ＩＧ」という）と呼ばれるものがある。しかし、エピタキシャル工程で１０５０℃〜１２００℃の高温熱処理がウェーハに施されると、シリコン単結晶から切り出されたウェーハに内在する酸素析出核が縮小、消滅し、その後のデバイスプロセスにおいて、ウェーハ内にゲッタリング源となる酸素析出物を十分に誘起することが困難になる。このため、このゲッタリング技術を適用しても、プロセス全体にわたって金属不純物に対して十分なＩＧ効果を望めないという問題が生じる。
従来から、このような問題を解決するため、ＣＺ法によって単結晶を育成する際に窒素をドープし、エピタキシャル工程で施される高温熱処理によっても消失し難い酸素析出核をウェーハ内部に形成するシリコン単結晶の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。即ち、提案された製造方法によれば、ＣＺ法によって窒素をドープして育成することによって、結晶中の酸素析出核の熱的安定性を増加させ、エピタキシャル工程によっても酸素析出核が縮小、消滅しないシリコンウェーハの作り込みが可能になるとしている。
【特許文献１】特開平１１−１８９４９３号公報（明細書［０００９］〜［００１１］、図１）
【特許文献２】特開２０００−４４３８９号公報（明細書［００１２］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ウェーハ表面上に形成されるエピタキシャル層には全く欠陥が存在しないのではなく、エピタキシャル層中には積層欠陥や転位等の欠陥、即ち、エピタキシャル欠陥が存在する。このエピタキシャル欠陥を低減するため、上記で提案された方法では、エピタキシャル処理前に水素雰囲気や不活性ガス雰囲気中で短時間の高温熱処理を施すことが開示されているけれども、高温熱処理でエピタキシャル欠陥を低減させようとすると、従来から採用されていた水素ベークより高温又は長時間の熱処理を行う必要がある。また、このような熱処理条件をウェーハに施すと、高温の熱処理によってウェーハにスリップが発生したり、長時間の熱処理によってスループットが低下するという新たな問題が生ずることになる。
本発明の目的は、新たな熱処理プロセスの追加や熱処理条件の変更を行うことなく、エピタキシャル欠陥の発生を低減することができるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は  窒素がドープされたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの鏡面加工後からエピタキシャル工程前までの洗浄工程においてシリコンウェーハ表面全体をエッチングした後、そのシリコンウェーハ表面上にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、シリコンウェーハ表面全体のエッチング量が４〜１５ｎｍであることを特徴とする。
本発明者らは、ＣＺ法で窒素をドープする条件、エピタキシャル処理条件を変動させながら、エピタキシャル欠陥の発生要因を調査した結果、後述する実施例で証明されるように、窒素がドープされたシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハを鏡面加工後からエピタキシャル工程前までの洗浄工程において、表面側のエッチング量をコントロールすることによって、エピタキシャル欠陥の発生を低減できることが明らかになった。従って、この請求項１に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、エピタキシャル成長前にそのシリコンウェーハの表面をエッチングすることによって、エピタキシャル欠陥の発生を抑制することができる。そして、エッチング量を４〜１５ｎｍとすることにより、エピタキシャル工程において、新たな熱処理プロセスの追加や熱処理条件の変更を行うことなく、エピタキシャル欠陥の発生が少ない、高品質なエピタキシャルウェーハを提供することができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、エッチングが、ＨＦ溶液とＯ3水溶液の混合供給或いはＨＦ溶液とＯ3水の単独交互供給による洗浄液又はＳＣ１洗浄液により行われることを特徴とする。
この請求項３に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、上記洗浄液により、ウェーハの平坦度及び清浄度を劣化させることなく、ウェーハの表面厚さを４〜１５ｎｍ除去することができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれか１項に係る発明であって、ドープされた窒素濃度が０．５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であることを特徴とする。
この請求項４に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、ゲッタリング源となる酸素析出核を有効に確保することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によれば、窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から作製されたエピタキシャルウェーハであっても、エピタキシャル成長前にそのシリコンウェーハの表面を４ｎｍ以上エッチングすることによって、エピタキシャル欠陥の発生を抑制することができる。即ち、エピタキシャル工程において、新たな熱処理プロセスの追加や熱処理条件の変更を行うことなく、エピタキシャル欠陥の発生が少ない、高品質なエピタキシャルウェーハを提供することができる。そして、エッチングが、ＨＦ溶液とＯ3水溶液の混合供給或いはＨＦ溶液とＯ3水の単独交互供給による洗浄液又はＳＣ１洗浄液により行うようにすれば、シリコンウェーハの平坦度及び清浄度を劣化させることなく、ウェーハの表面厚さを４〜１５ｎｍ除去することができ、ドープされた窒素濃度が０．５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であれば、ゲッタリング源となる酸素析出核を有効に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、ＣＺ法によって窒素をドープしたシリコン単結晶を育成し、このシリコン単結晶から切り出されたシリコンウェーハの鏡面加工後からエピタキシャル工程前までの洗浄工程においてシリコンウェーハ表面全体を４ｎｍ以上エッチングした後、そのウェーハ表面上にエピタキシャル層を成長させることを特徴としている。本発明で採用する窒素ドープの方法は、所要濃度の窒素をドープできるのであれば、どのような方法でもよく、例えば、原料中又は融液中への窒化物の混合、炉内への窒素あるいは窒素化合物ガスを流しながらの単結晶育成、溶融前の高温にて多結晶シリコンへの窒素あるいは窒素化合物ガスの吹き付け、窒化物製るつぼの使用等があげられる。いずれの場合であっても、窒化物の量、窒素ガスの濃度、又はこれらの吹き付け時間を調整することによって、結晶中にドープされる窒素濃度を調整することができる。
【００１２】
ＣＺ法による育成中に、シリコン単結晶に窒素をドープすることによって、結晶中の酸素の凝縮を促進し、酸素析出核の密度を高くするとともに、熱的な安定性を増加させる。このため、ドープする窒素濃度は、０．５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲にするのが望ましい。これによって、酸素析出核の熱的な安定性を確保することができる。ドープする窒素濃度が０．５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3より小さい場合には、酸素析出核の形成が促進されず、一方、窒素濃度が５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3を超える場合には、単結晶が有転位化するという問題がある。ここで、ドープされる窒素濃度の更に好ましい範囲は０．８×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。
ＣＺ法によって育成されたシリコン単結晶は、通常の方法に従ってウェーハに加工される。例えば、外周研削、オリエンテーションフラット加工の後、内周刃ソーやワイヤーソーによってスライスされ、面取り、ラッピングに続いて、加工変質層を除去するために化学エッチングが施され、さらに研磨によって光学的な光沢をもつ鏡面ウェーハに仕上げられる。
【００１３】
本発明の特徴ある点は、このように鏡面研磨によって仕上げられたシリコンウェーハの表面を４ｎｍ以上エッチングした後、そのシリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層を成長させるところにある。ここでエッチングを行う目的は、研磨によってウェーハ表面に露出してエピタキシャル欠陥の要因となるＣＯＰを除去することである。この目的から、このエッチングはエピタキシャル成長の直前に実施することを要件とする。このエッチングが４ｎｍ未満であると、エピタキシャル欠陥の要因となるＣＯＰを十分に除去することができない。このエッチングの好ましい範囲は、４ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。１５ｎｍを越えてエッチングを行ってもエピタキシャル欠陥の要因となるＣＯＰをそれ以上除去することができない。このエッチングの更に好ましい範囲は、６ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００１４】
シリコンウェーハの表面の洗浄は、エッチング効果を有する洗浄液によりその表面を洗浄することにより行うことが好ましい。ここでエッチング効果を有する洗浄液としては、ＨＦ溶液とＯ3水溶液の混合供給或いはＨＦ溶液とＯ3水の単独交互供給による洗浄液又はＳＣ１洗浄液が挙げられる。これらに例示される洗浄液により行う洗浄は、その洗浄時間及び洗浄温度によりエッチング量が異なる。このため、洗浄条件及び回数を増減させることにより、シリコンウェーハ表面のエッチング量をコントロールするようにする。
【実施例】
【００１５】
次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
結晶中の窒素濃度が０．５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3になるようにＣＺ法によって窒素がドープされ、その酸素濃度が１３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であるシリコン単結晶から切り出して、面取り、ラッピング、化学エッチング後に鏡面研磨されたウェーハを２枚（以下、「低酸素濃度ウェーハ」という。）準備した。
また、これとは別に、結晶中の窒素濃度が０．５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3になるようにＣＺ法によって窒素がドープされ、その酸素濃度が１５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であるシリコン単結晶から切り出して、面取り、ラッピング、化学エッチング後に鏡面研磨されたウェーハを２枚（以下、「高酸素濃度ウェーハ」という。）準備した。
これらのシリコンウェーハを、Ｈ2Ｏ2：ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ＝１：１：５及び洗浄液温度７０℃のＳＣ−１洗浄液を用いて洗浄時間をコントロールさせることで、シリコンウェーハ表面を１２ｎｍエッチングした後、エピタキシャル成長させた。このように鏡面加工後のエピタキシャル工程にてシリコンウェーハ表面を１２ｎｍエッチングした後にエピタキシャル処理して得られた４枚のエピタキシャルシリコンウェーハをそれぞれ実施例１とした。
【００１６】
＜実施例２＞
実施例１と同一の低酸素濃度ウェーハを２枚と、実施例１と同一の高酸素濃度ウェーハを２枚それぞれ準備した。
これらの鏡面研磨されたシリコンウェーハを、Ｈ2Ｏ2：ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ＝１：１：５及び洗浄液温度７０℃のＳＣ−１洗浄液を用いて洗浄を実施した。その後ＨＦ溶液とＯ3水溶液の混合供給による洗浄液、及びＨＦ溶液とＯ3水の単独交互供給による洗浄液を用いて洗浄時間をコントロールさせることで、シリコンウェーハ表面を７．５ｎｍエッチングした。
その後、表面がエッチングされたそれぞれのシリコンウェーハを実施例１と同一の条件でエピタキシャル成長させた。このように鏡面加工後のエピタキシャル工程にてシリコンウェーハ表面を７．５ｎｍエッチングした後にエピタキシャル処理して得られた４枚のエピタキシャルシリコンウェーハをそれぞれ実施例２とした。
【００１７】
＜比較例１＞
実施例１と同一の低酸素濃度ウェーハを２枚と、実施例１と同一の高酸素濃度ウェーハを２枚それぞれ準備した。
これらの鏡面研磨されたシリコンウェーハを、Ｈ2Ｏ2：ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ＝１：１：５及び洗浄液温度７０℃のＳＣ−１洗浄液を用いて洗浄を実施した。その後ＨＦ溶液とＯ3水溶液の混合供給による洗浄液、及びＨＦ溶液とＯ3水の単独交互供給による洗浄液を用いて洗浄時間をコントロールさせることで、シリコンウェーハ表面を３．５ｎｍエッチングした。
その後、表面がエッチングされたそれぞれのシリコンウェーハを実施例１と同一の条件でエピタキシャル成長させた。このように鏡面加工後のエピタキシャル工程にてシリコンウェーハ表面を３．５ｎｍエッチングした後にエピタキシャル処理して得られた４枚のエピタキシャルシリコンウェーハをそれぞれ比較例１とした。
【００１８】
＜比較試験及び評価＞
実施例１及び２並びに比較例１におけるエピタキシャルシリコンウェーハを、面検査装置を用いてエピタキシャル層の表面で検出されるエピタキシャル欠陥の数を測定した。
この結果を表１に示すとともに、エッチング量とエピタキシャル欠陥の数との関係を図１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１及び図１から明らかなように、シリコンウェーハの表面を４ｎｍ以上エッチングした後エピタキシャル層を形成する実施例１及び２では、そのエピタキシャル欠陥の数がいずれも５０未満である。従って、シリコンウェーハの表面を４ｎｍ以上エッチングした後エピタキシャル層を形成する本発明の製造方法では、新たな熱処理プロセスの追加や熱処理条件の変更を行うことなく、エピタキシャル欠陥の発生を５０個未満にまで低減することができることが判る。これに対して、シリコンウェーハの表面におけるエッチングが４ｎｍ未満である比較例１では、エピタキシャル欠陥の数が５０以上のものが含まれている。これは、エピタキシャル欠陥の要因となるＣＯＰを十分に除去できていないことに起因するものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明実施例のエッチング量とエピタキシャル欠陥の数との関係を示す図である。
【図１】
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